考虑尾流效应的风电场建模以及随机潮流计算

采用变量变换法拟合了风速频率的三参数weibull分布函数,在风能分布的Jensen和Lissaman模型的基础上,结合风速的频率分布模型与风力发电机组的单机稳态模型,建立了大型并网运行风电场的综合模型.该模型同时考虑了尾流效应和风电场地形因素对不同位置风机风速的影响,得到了考虑以上因素时风电场的输出功率.在此基础上,应用蒙特卡罗法对风电场接入系统进行了随机潮流计算.最后,以40机的风电场为例建立了风电场模型,将此模型引入到IEEE14系统中,通过随机潮流计算得到系统节点电压的概率分布以及风电场输出功率的概率分布,分析了风电场并网运行对系统各节点电压的影响,从而为减小风电接入系统的电压波动提供参考.     

凤县山地不同海拔高度风场特征

目的分析凤县山地不同海拔高度风场特征,为开发利用秦岭山区的风能资源提供依据。方法通过在不同海拔高度建立风能加密观测站,进行连续平行观测获取数据,按照风能资源评价技术规定对数据进行统计,采用数据对比方法对不同海拔高度风场特征进行分析。结果与结论凤县境内的风速风向不仅受到大气环流、大尺度天气背景的影响,而且和大地形、中小地形密切相关,平均风速随海拔高度的升高而加大;季节变化中,冬春季风速较大,夏秋季风速较小;不同海拔高度平均风速日变化差异明显,高海拔站与中、低海拔站平均风速日变化呈现反相位,并且在中、高海拔站间风速出现负切变现象;风向受地形影响,不同测点差异明显。     

顾及下垫面特征的海坛岛近地面风场模拟

近地面风场模拟,目前多直接利用实测风速数据进行插值,其模拟结果不能反映地形特征对近地面风速的影响.综合考虑海拔高度、坡向、坡位等地形特征对风速的影响,提出了提高风场插值精度的方法:利用2013年10月份海坛岛离地2 m高风速实测数据进行反距离加权插值;基于数字高程模型数据,根据风速换算的指数律公式进行海拔高度的风速修订;对起伏地形区域,依据地形划分结果和不同的坡向、坡位条件进行水平方向的风速修订.对比风场修订前后结果,用本方法模拟的风场比直接内插的风场更接近实际风场分布,地形特征导致的风速分异得到了体现.     

测风塔代表性对复杂地形风电场风能资源评估的影响

复杂地形风电场风能资源评估的准确与否,很大程度上决定于风电场测风塔的数量和测风塔的位置是否具有代表性。以已运行的某西南地区复杂地形风电场为例,采用风电场实际运行的数据资料,利用Windsim软件计算不同测风方案下风电场的风能资源分布和年可利用小时数。结果表明,测风塔的代表性对复杂地形风电场风能资源评估有着极其重要的影响;测风塔的布设应综合考虑风电场地形地貌、海拔、距离以及遮挡效应等因素;合理选择具有代表性的测风塔,可以很大程度上降低风电场风能资源评估的不确定性。     

山地风电场稳态输出评估方法研究

由于山体地形的特殊性,加之风电机组间存在相互遮挡,在风速和风向变化时山地风电场的稳态输出波动较大,无法充分利用风能。针对以上问题提出一种山地风电场稳态输出评估方法,该方法首先分别构建了计及尾流效应的山体地形风速模型、风电机组的输出功率模型和随机风向模型。在此基础上,结合ArcGIS开发了一套风电场稳态输出评估系统。通过该系统分析了风速和风向变化对山地风电场稳态输出的影响,找出了最佳风向角和最佳风速范围,从而为山地风电场风电机组的最优布局和提高风电场的风能利用率提供了理论指导。     

基于Sentinel-1合成孔径雷达卫星影像的福建沿海区域风能资源分析

海面风场风能资源分析对海上风电场的建设开发具有重要意义.近年来随着遥感技术的发展,星载合成孔径雷达(SAR)为海面风能的分析与评估提供了新手段.基于2015—2019年福建沿海区域的122景Sentinel-1 SAR影像,采用快速傅里叶变换风向反演方法及地球物理模式函数CMOD5.N风速反演方法对福建沿海区域进行SAR风场反演,并从风能有效性、稳定性及时空分布特征方面分析福建近海风能资源.主要结果显示:风速数值范围较大的秋、冬季有效风能占比较高,可达70%以上;福建沿海区域多年平均风能稳定性较好,春、秋、冬季风能稳定性较好,而夏季风能稳定性较差;福建沿海风能的空间分布主要为东北—西南走向逐渐递减类型,在台湾海峡中部区域出现风能最大值.     

SWAN模型风能输入项的改进与验证

为了分析第三代海浪数学模型——SWAN模型的风浪模拟能力,分别计算了恒定风场和台风时变风场下的波浪场.恒定风场中假定不同的风速及风区长度,通过比较SWAN模型与SMB方法等经验风浪公式的计算结果,得出SWAN模型风浪模拟的适用范围.针对大风速下计算波高偏大的情况,通过分析参考波速引起的输入风速变小及拖曳力系数饱和等因素,提出了风能输入项的修正方法,并采用同步观测的风、浪资料对修正前后的计算结果进行了比较验证.结果表明,在大风速情况下,修正后的SWAN模型的模拟波高更接近于经验公式结果及实测数据.在SWAN模型风能输入项中引入参考波速引起输入风速减小及对拖曳力系数饱和因素的修正,可以更好地模拟大风速下的波浪场.     

利用STRM和NCEP数据提高风电场宏观选址的准确性

利用STRM数据得出风电场宏观地形,利用NCEP数据提取出风电场的气象数据,在WAsP8.3软件的支持下,计算出描述风资源概况的风速、风功率密度和威布尔分布参数值的分布概况,根据风速、风功率密度分布可以直观的看出风资源的分布情况,根据威布尔分布参数值能够计算出初步的发电量,进而为风电场的宏观选址和下一步测风塔的建立提供依据。     

应用WRF模型模拟分析风力发电场风速

风能的规划和设计中需要比较准确地确定所选厂址区域的风力资源分布,要有先进而准确的分析手段.论文选用美国WRF中尺度模式,分别选用4种不同的陆面过程方案（SLAB、Noah、RUC和Pleim-Xiu）,对2008年6月16日08：00至6月23日08：00（北京时间）贵州乌江源地区某风电场区域进行水平分辨率1,km的数值模拟,对比分析了近地面风场以及4种陆面过程对模拟结果的影响.结果发现：WRF模式较好地模拟出了该区域近地面风场的变化特征.Noah方案模拟的风速最大值与实际测站的风速最大值较接近;SLAB方案与Noah方案模拟的7,d的风功率密度更接近实际测站的风功率密度.可见,WRF模式能够较好地反映该区域的近地面风场情况,且模拟结果受到地形及地表粗糙度的影响较大.     

复杂地形风能评估的CFD方法研究

不可再生能源的日益枯竭为风能的发展带来了机遇与挑战。我国风能资源丰富的东南沿海及岛屿多是复杂山地地形,传统的风能评估方法在复杂地形中并不适用,这使得风力发电机的微观选址难于实施。本文将研究复杂地形中风场分布的CFD精细化模拟方法,使其能为风机的微观选址提供依据。从海拔最高站点的记录中选定了两次风向稳定的强风过程为研究工况,并分别建立了地形的六面体结构网格模型,选用40m×40m和20m×20m两种网格分辨率,采用两种雷诺平均湍流模型,将得到的风场分布同现场观测数据进行了对比。结果表明湍流模型SST k-ε 的结果更准确,20m的水平网格分辨率对复杂地形风场的估计已有较高的精度。最后,联合风加速比分布与当地的常年气象资料,提出一套基于CFD方法的复杂山地地形全风向风能评估方法。     

基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布.将Gumbel,Frechet和Weibull分布函数线性化的基础上,利用最小二乘法拟合各分布函数参数,根据参数拟合结果推算各地区10,50和100年重现期的极值风速,并和各地区最大基本风速规范建议值进行对比.研究结果表明,考虑风速风向概率影响的基本风速更加符合实际情况,最大基本风速规范建议值偏于保守.     

风电场风况无线数据采集系统的研制

讨论了研制一套风电场风况无线数据采集系统的基本原理和电路设计 .在分析了风电场风况特性、风速和风向传感器及无线数据传输模块工作原理的基础上 ,设计了风电场无线风况数据采集系统主机模块和从机模块的硬件电路和软件 ,采集了实际来流风速、风向的数据     

小型水平轴风力机特征风速的确定与气动特性的实验研究

应用WASP软件,在认为风速服从两参数Weibull分布前提下,对内蒙古4个地区的风资源进行分析,推导出特征风速的计算公式,计算内蒙古4个地区的切入风速和额定风速;然后从低成本角度出发,优化风力机的特征风速,缩短风轮直径,降低制造工艺难度,来优化设计风力机;最后通过风力机气动实验分析和风力机单位面积发电量模拟计算进行了对比验证。结果表明:采用特征风速优化后设计的新翼型风力机输出功率得到提高,并且在实际风场中比传统翼型风力机单位面积发电量平均提高了28.0%.     

脉动风作用下塔架结构的风振响应分析

 简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。以某42m高的通信塔架为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立其有限元模型,并用Matlab获取了塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的前几阶振动均是平面振动,第3阶振动开始出现扭转模态和局部振动模态;同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在脉动风载作用下的风振响应。结果表明,在仅考虑脉动风作用的情况下,本塔架结构顶部的水平位移低于规范规定的位移限值,但塔架截面变化拐点处的弦杆在风载作用过程中会产生较大应力,在塔架设计中予以注意。     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

云南大理复杂地形上风场的模拟研究

大风是云南地区的主要灾害性天气现象之一,对当地的经济和农业生产以及日常出行都造成不利影响。本文运用三维大涡模式OpenFOAM研究云南大理白族自治州南部（100.24°N,24.83°E）微环境地形条件下风场的变化规律。结果表明：入口风速为南风时,由于迎风坡地形的强迫抬升使局部风速增大,最大值接近于入口风速的1.5倍。而同时由于山脉的阻碍作用,在山坡背面坡风速则会急剧减小,同时风向也会发生变化,产生尺度较小的涡旋以及不规则的回流。经计算,该地区刮北风时探测点风速相较于入口风速减小,东风时探测点风速略有增加,而西风入口风速条件下观测点风速变化最大,初始入口风速为西风30m/s时,7200秒后观测点风速在水平方向上的分量最大可达44.55m/s。     

世博轴索膜结构屋面风效应的监测分析

为深入研究体型复杂的索膜结构屋面在真实环境中的风压分布和风振特性,对世博轴索膜结构屋面开展了为期两年的风效应监测.通过分析2011年7月一次大风过程的监测数据,得到索膜结构屋面所处的风环境和风压分布特性,并将实测结果和风洞试验数据进行比较.分析结果表明:世博轴屋面来流风一侧以负风压为主,另一侧以正风压为主;来流风一侧边缘的脉动风压最大,另一侧的脉动风压较小;平均风压系数和脉动风压系数随屋面高度由高到低逐渐变小;随着风速的增大,平均风压系数基本保持不变;风压系数实测值略小于风洞试验值,两者分布趋势基本一致.     

基于Airpak软件的回字形建筑风环境模拟研究

对Airpak软件的计算准确性进行了评估,证明其在风场模拟上具有较高的准确性。然后基于Airpak软件对回字形建筑的室外风环境进行了模拟,结果表明回字形建筑设计能营造较好的风环境,但其建筑布局中的狭长通道会出现较高的风速,应尽量避免。模拟结果对回字形建筑的合理布局起到一定的指导作用。     

长春市高校学生宿舍建筑风环境数值模拟研究

以长春市高校学生宿舍为例,利用CFD模拟软件Fluent,对不同布局形式的长春高校学生宿舍建筑群体进行数值模拟与分析。通过计算机模拟,从风速比、风速分布、风压分布角度出发,对风环境做出整体评估并提出可行的改进措施。     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。